基于光聚合技术的仿生软骨支架的构建与性能研究

Injectable hydrogel is the most ideal tissue engineering scaffold for cartilage repair. However, there are still weak biological activity and poor mechanical strenth in the current applications. To solve these defects, in this subject, given use of bionics, photo-active group modified all-natural polymers chitosan and silk fibroin nanoparticles simulating natural catilage extracellular matrix composition and structure, with growth factor loaded, were used to prepare biomimetic nanocomposite injectable hydyogels by photopoymerization technology for catilage repair. Here, structures and properties of these hydrogels could mainly be studied and the interaction between hydrogels and cells was investigated. It laid the groundwork for eventually deveolping scaffold for cartlage repair with a clinical value, also offering new ideas and scientific basis to research and application of drugs embedded in the skin, nerves repair in the filed of tissure or organ regeneration.

可注射水凝胶支架是软骨修复中最为理想的组织工程支架材料之一，然而目前的应用中仍然存在着生物活性弱、机械强度低的突出缺陷。为了解决这一问题，本课题运用仿生学原理，利用模拟天然软骨细胞外基质结构和功能的全天然高分子光活性基团修饰的丝素蛋白纳米微粒、壳聚糖，负载生长因子，采用光聚合技术，构建仿生纳米复合可注射水凝胶支架，用于缺损软骨修复。本项目主要研究该水凝胶支架结构与性能之间的构效关系，以及该水凝胶支架与细胞之间的相互作用，为最终开发出具有临床使用价值的软骨修复用支架材料奠定基础，也为其在皮下药物包埋、神经修复等组织或器官再生领域中的研究与应用提供新的思路和科学依据。

可注射水凝胶支架是软骨修复中最为理想的组织工程支架材料之一，然而目前的应用中仍然存在着生物活性弱、机械强度低的突出缺陷。为了解决这一问题，本课题运用仿生学原理，利用模拟天然软骨细胞外基质结构和功能的全天然高分子光活性基团修饰的丝素蛋白微纳粒子、壳聚糖，负载生长因子，采用光聚合技术，构建仿生微纳复合可注射水凝胶支架，用于缺损软骨修复。本项目主要首先设计和合成了带有双键基团修饰的水溶性壳聚糖（甲基丙烯酰化壳聚糖、马来酰化壳聚糖）、双键基团修饰的丝素蛋白微纳粒子（甲基丙烯酰化丝素蛋白），分别研究了结构与性能之间的构效关系。然后采用紫外光聚合技术，构建了马来酰化壳聚糖（MCS）/甲基丙烯酰化丝素蛋白微纳粒子（MSF）复合可注射水凝胶支架、负载生长因子的壳聚糖/甲基丙烯酰化丝素蛋白微纳粒子复合可注射水凝胶支架，并主要研究了这些水凝胶支架的结构与性能之间的构效关系，以及水凝胶支架与细胞之间的相互作用。主要研究结果表明，含有生长因子TGF-β1的6%MCS60/0.01%MSF的复合水凝胶支架的压缩强度达到0.19MPa，基本接近天然软骨的压缩强度（0.4~0.8MPa），并且生物相容性良好。该项目的研究为后续在动物体内原位构建光聚合仿生微纳复合可注射水凝胶支架实验奠定基础，为最终开发出具有临床使用价值的软骨修复用支架材料奠定基础，也为其在皮下药物包埋、神经修复等组织或器官再生领域中的研究与应用提供新的思路和科学依据。